中國儲能網(wǎng)訊：西北電力設(shè)計院新能源開發(fā)分公司主任工程師兼設(shè)總王瑩玉女士主要負責可再生能源的開發(fā)和執(zhí)行，并且主持玉門花海、酒泉等地區(qū)的光熱規(guī)劃，在光熱及多能互補領(lǐng)域經(jīng)驗非常豐富。
在此前召開的CSP Focus光熱發(fā)電創(chuàng)新大會上，王總發(fā)表了題為“基于太陽能光熱發(fā)電的多能互補方式探討”的專題報告，以下為具體內(nèi)容分享：
主要是從幾個方面來跟大家分享：一是為什么要建多能互補這樣的一個項目，由什么來決定的，多能互補系統(tǒng)到底包含了什么？意義在哪里？光熱電站在這個系統(tǒng)里面主要起哪些作用？第二是多能互補系統(tǒng)的含義。三是光熱電站在多能互補系統(tǒng)中的作用。
第一，為什么要建多能互補項目？
首先由國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、化石能源的不可持續(xù)性決定的，我們國家化石能源占比比較高，化石能源我們知道它是不可持續(xù)的、不可再生的，它在一次能源消費中的占比決定了我們國家能源轉(zhuǎn)型的迫切性，也就是說提高可再生能源比例迫切性。同時在化石能源的占比比較高的情況下，環(huán)境問題比較突出，所以催生我們提高可再生能源比例的要求。
其次，我們國家單位GDP的能耗遠沒有達到世界的平均水平，同時跟發(fā)達國家的水平差別比較大。我們國家在巴黎協(xié)定里面對將來低碳、綠色、發(fā)展的政策上要求，所以這就呼吁著我們要發(fā)展可再生的清潔能源。
那么我們國家能源結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢是什么呢？
我們國家的非化石能源根據(jù)《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略2016到2030》的戰(zhàn)略里面，從我們國家情況看，我們國家確定目標是在2030年非化石能源占一次能源消費比重達到20%。也就是說我們能源結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢就是發(fā)展可再生的清潔、低碳的能源。
這是我們國家截止2017年統(tǒng)計出來的新能源，剛才說的是可再生能源里面含有水能，統(tǒng)計出來2017年新能源發(fā)展累計裝機僅僅是風電和光伏，截止2017年我們國家風電和光伏總裝機容量占到全國電源總裝機17%，尤其是“十三五”頭兩年，也就是2016年以來的連續(xù)兩年，我們國家風電和光伏新增裝機首次超過了火電新增裝機。
新能源發(fā)電量占比持續(xù)走高，持續(xù)走高同時帶來了一個問題，由于我們國家的電力結(jié)構(gòu)70%以煤電為主，煤電的調(diào)峰能力有一定限制，所以帶來我們國家比較嚴重的棄風、棄光的現(xiàn)象?？梢钥吹诫m然新能源發(fā)電現(xiàn)在裝機已經(jīng)達到了17%，但是新能源在2017年發(fā)電量只占總發(fā)電量的6.6%，可以看出來年利用小時風電和光伏比較低。
右下角這張圖是2017年我們國家電源結(jié)構(gòu)，可以看出來火電占了62%，依然是比重最大的一種能源形式，水電是19%，風電和光伏加在一起是17%，還有一些核電，光熱裝機比較小，可能不太能夠顯出它的重要性。
因為大力發(fā)展了風電和光伏以后，同時水電、氣電一些調(diào)峰比較靈活的電源形式容量占比比較小帶來了棄風棄光問題的嚴重性，同時造成棄電還有一個重要的原因就是，從這張圖上可以看到我們國家的資源條件，我們可以看得到綠色部分是我們國家風能、水能和太陽能比較富集的地區(qū)，基本上分布在西部和北部，我們國家的負荷重心是在中東部，也就是經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。
新能源發(fā)展的初期時候肯定是在資源最好的地方發(fā)展，也就是說在西北部集約型的發(fā)展，同時帶來了比較嚴重的棄風、棄光。緊接著進入發(fā)展階段的時候重心移到了中東部，進行了分布式能源的開發(fā)。但是因為中東部的資源其實有限，包括風能、水能和太陽能，所以大規(guī)模的大基地的新能源風電和光伏的開發(fā)一定是在我們的西北部地區(qū)。
西北部地區(qū)資源豐富，但是負荷又比較低，無法就地消納，所以就造成了就地消納不能夠滿足要求就造成了棄，就要外送。由于我們資源與負荷分配地域不均衡性，造成現(xiàn)在國家的西電東送，南電北供的電力發(fā)展基本格局。那么外送電源僅靠風電、光伏電源組成，由于他的可調(diào)能力差、僅有電量效應而無電力效應，不能作為外送通道的支撐電源，由此也就催生出我們要進行多種能源互補的外送通道的電源組成結(jié)構(gòu)。
我們這些特高壓外送通道從青海、甘肅、新疆向中東部地區(qū)送電的時候，出現(xiàn)了一個基荷電源選擇問題，常規(guī)用煤電作為基荷電源，作為主力電源外送通道里面。酒湖直流當時要新建四臺100萬的燃煤機組，網(wǎng)間調(diào)度200萬的燃煤機組，這樣作為主力電源搭載風電、光伏等可再生能源外送，就是酒泉的新能源基地的風電和光伏的外送。因為是2017年去年投運，截止到目前為止，這條外送通道的設(shè)計能力是800萬千瓦，截止目前僅僅能夠送到200萬千瓦。
這里面有很多問題，一個是風電機組暫態(tài)壓升不能滿足現(xiàn)在直流換向失敗以后造成的電壓抬升。還有一個問題是河西走廊網(wǎng)架瓶頸使送出受限，整個河西地區(qū)的網(wǎng)間調(diào)度還不是能夠支撐酒湖直流送電的可靠性。經(jīng)過一系列的改造，預計到2020年能達到400萬，也就是這個時候依然不能達到線路送出的設(shè)計能力。還有一個原因就是除了剛才我說的那兩條原因，還有一條是我們現(xiàn)在的煤電的停建和緩建。四臺100萬機組，新建的兩臺，還有緩建的兩臺，后面緩建的這兩臺還不知道什么時候能建，這時候搭載的主力電源就會缺失。
光熱電站在這里面是否可以起到這樣一個作用，這也是我們討論不同的能源形式之間優(yōu)勢互補的一個比較重要的原因。
這是我們國家隨著可再生能源的發(fā)展出現(xiàn)的一系列的問題，我們國家能源局綜合司2016年就提出來了一種新型的能源開發(fā)模式，關(guān)于申報多能互補集成優(yōu)化示范工程的一個通知，2017年國家能源局公布首批的多能互補示范項目，一共有23個項目，其中有6個項目我們有幸參與了。
第二，多能互補系統(tǒng)的含義。
整個電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了我們電力系統(tǒng)一邊有電源，中間有電網(wǎng)，另外一側(cè)是需求側(cè)，也就是負荷側(cè)，多能互補因為這樣的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分成兩種類型，一種是在供給側(cè)，供給側(cè)就是電源側(cè)，風、光、水、火、儲，各種電源形式的多能優(yōu)勢互補。另外一種是終端，在用能側(cè)，用水、用電、用氣，熱電冷氣等等的一些能源階梯化利用，這樣子可以提高我們能源的能耗水平，也就是可以使我們國家的單位GDP的能耗水平進一步的降低，這是兩種類型的多能互補形式。
說到多能互補的要素，我們知道多能互補有源、有網(wǎng)、有荷，怎么把這些東西串聯(lián)起來，耦合起來，把這些東西集成起來那就需要儲，儲能是可以把各種電源耦合起來，或者把各種負荷耦合起來，而且電網(wǎng)側(cè)也可以加一些儲能作為調(diào)峰作用的工具。
多能互補集成系統(tǒng)里面技術(shù)發(fā)展趨勢，這里面我說的是電源側(cè)，在電源側(cè)多能互補技術(shù)發(fā)展趨勢，主要是如何來配比各種電源類型的容量，也就是說風光水火儲要進行優(yōu)化，模擬計算出模型，這樣搭配出一個更合理的、更優(yōu)的多能互補的模型。還有一個比較重要的，整個多能互補系統(tǒng)里面優(yōu)化調(diào)度和控制技術(shù)，這是目前為止我們亟待解決和發(fā)展的一個技術(shù)發(fā)展方向。
第三，光熱電站在多能互補系統(tǒng)中的作用。
今天早上包括下午一直在說光熱電站的調(diào)峰作用，光熱電站恰恰是因為它有了儲熱系統(tǒng)，具備這樣的調(diào)峰能力，所以光熱發(fā)電可以在我們多能互補系統(tǒng)里面起到一個主力電源的身份。
這張圖有很多嘉賓都在分享，這是我們根據(jù)DNI值模擬出來的一個塔式熔鹽的出力特性，包括儲熱量和光學效率等，可以看到黑虛線是儲罐的儲熱容量，其實在沒有儲滿的時候完全可以進行調(diào)峰，儲滿以后進行調(diào)峰可能就棄光了，這是今天下午一直在說的問題。光熱電站可以根據(jù)不同的系統(tǒng)運行情況，可以進行降出力調(diào)峰，這是沒有任何問題的，同時啟停調(diào)峰成本比較低，僅僅消耗一些電量，有一些天然氣的氣量，同時還可以進行平移調(diào)峰，削峰填谷，光伏大發(fā)的時候儲起來，這樣進行一個平移調(diào)峰。
多能互補系統(tǒng)里面不僅僅局限于光熱，整個多能互補系統(tǒng)起耦合作用的儲能系統(tǒng)，現(xiàn)在常見的儲能系統(tǒng)有機械類和電化學類的儲能，在我們國家儲能系統(tǒng)占比比較高的是抽水蓄能，雖然它具有調(diào)節(jié)容量比較大，調(diào)節(jié)速度比較快，這是一個優(yōu)勢，同時它又受地域和徑流量的影響，不是我們想在哪里建就可以建的。
電化學儲能，這幾年發(fā)展勢頭還是比較快的。這里面電化學儲能有兩種類型，一種可以作為功率型的電池，這樣子它有兩個作用，一個可以放在光伏或者風電的電源點，可以使我光伏和風電的出力曲線進行平滑，這樣子可以更好的適應調(diào)度對我的出力電能質(zhì)量的要求。還有一個就是可以削峰填谷，放在電網(wǎng)也好，放在電源點也好，可以吸納一部分的棄電。但是電池一個是目前成本比較高，再一個可能五到七年要更換一次，這樣大規(guī)模的被我們電站淘汰掉的電池將來怎么回收利用，這將來也是一個比較嚴重的問題。
壓縮空氣儲能，目前壓縮空氣儲能一個是成本造價問題，而且并沒有大規(guī)模、大容量的應用，僅僅是一些實驗室，或者是一些示范電站小容量的應用，應用不是很成熟。光熱電站儲能系統(tǒng)，早上大家介紹了很多，目前為止主要的儲能系統(tǒng)依然是熔鹽儲能系統(tǒng)。
從電源測研究多種電源互補形式，這是一個實際案例，目標是可以使多種能源組合的出力對電網(wǎng)造成調(diào)峰壓力最小的一條曲線，從網(wǎng)端看，我認為它就是一個比較好的同步機的電源出力。這里面要做優(yōu)化的時候可能有一些考慮。
首先如果光熱電站不作為調(diào)峰機組，僅僅作為單一電源，那我們的儲能容量、儲能時長都是按照度電成本最優(yōu)來控制的。但是這樣不能發(fā)揮光熱電站在多能互補中的優(yōu)勢。
如果光熱電站作為調(diào)峰電源，在多能互補系統(tǒng)里進行應用，我們可能不僅僅考慮單一的某一個電源，我們要從整個系統(tǒng)，也就是說從整個風電、光伏，整個系統(tǒng)里所有電源的角度整體來考慮我們這個電站的經(jīng)濟性，當然是在保證我們技術(shù)可靠、安全運行的前提下，我們要根據(jù)當?shù)氐馁Y源情況，比如說我現(xiàn)在是風電光伏+光熱+電儲能，我們就要搜集這個地區(qū)同時段、同時刻風資源，還要有總輻射資源，DNI等，把同時刻資源收集起來這樣才可以知道所有電源在同一時刻每一年8760個小時的出力，這樣子就知道在電源耦合上我們最后會耦合出什么樣的出力。同時還要考慮負荷的情況，負荷對我的要求是什么樣子，這樣子綜合考慮才可以出來整個多能互補系統(tǒng)里面各個電源的容量配比。
各個電源容量配比，在考慮技術(shù)的前提下還要考慮經(jīng)濟性，目前還有兩種方式，一種是按照風電、光伏、光熱現(xiàn)行的標桿電價來做，我們知道光熱電價比較高，風電和光伏電價可能略微低一些，這樣會整體考慮一個收益，就是滿足技術(shù)可行的情況下，以這樣的經(jīng)濟模型我們?nèi)ヅ湮覀兊娘L電、光伏和光熱的容量。還有一種是我整個多能互補基地看成一個整體，做出一個綜合電價來，這樣才能真正體現(xiàn)出我的綜合能源供應的這么一個理念。這個時候可能在儲熱容量優(yōu)化上就有一個想法，因為我們知道光熱電站整個集熱系統(tǒng)投資占比比較高，我在滿足多能互補的電源出力要求基礎(chǔ)上，我們盡量的減少鏡場的投資，這樣子可以降低整個多能互補項目整體投資。然后把一部分的光伏風電加大，把我的儲能系統(tǒng)加大，這樣我依然可以滿足電網(wǎng)對我出力的要求，但同時又降低了總投資，也就是說我降低了度電成本。
因為隨著我們國家風電和光伏現(xiàn)在都是接近于平價上網(wǎng)的大趨勢上，光熱也有電價退坡的趨勢，所以我覺得綜合電價這種經(jīng)濟模型更適合于將來我們多能互補系統(tǒng)的經(jīng)濟評價的模型。
這是某一個項目多能互補一周運行模擬示意圖，可以看到整個系統(tǒng)里面，這一周的系統(tǒng)，風、光模擬以后，這個棄電，只有一部分棄風，光伏光熱經(jīng)過儲能系統(tǒng)的能量搬移以后，只有一部分棄風，棄風量非常小，不可能滿足無棄風，如果無棄風我的儲熱系統(tǒng)可能會配的更大，這樣是不經(jīng)濟的。
謝謝大家。
